Węglik boru to czarny kryształ o metalicznym połysku, zwany także czarnym diamentem, należący do nieorganicznych materiałów niemetalicznych.Obecnie wszyscy znają materiał węglika boru, co może wynikać z zastosowania pancerza kuloodpornego, ponieważ ma najniższą gęstość wśród materiałów ceramicznych, ma zalety wysokiego modułu sprężystości i wysokiej twardości oraz może osiągnąć dobre wykorzystanie mikropęknięć pochłaniających pociski.Efekt energii przy jednoczesnym utrzymaniu możliwie niskiego obciążenia.Ale w rzeczywistości węglik boru ma wiele innych unikalnych właściwości, dzięki którym może odgrywać ważną rolę w materiałach ściernych, materiałach ogniotrwałych, przemyśle nuklearnym, lotniczym i innych dziedzinach.
Właściwościwęglik boru
Pod względem właściwości fizycznych twardość węglika boru jest po diamentie i sześciennym azotku boru i nadal może utrzymywać wysoką wytrzymałość w wysokich temperaturach, co może być stosowane jako idealny materiał odporny na zużycie w wysokich temperaturach;gęstość węglika boru jest bardzo mała (gęstość teoretyczna wynosi tylko 2,52 g/cm3), jest lżejsza niż zwykłe materiały ceramiczne i może być stosowana w przemyśle lotniczym;węglik boru ma silną zdolność absorpcji neutronów, dobrą stabilność termiczną i temperaturę topnienia 2450 ° C, dlatego jest również szeroko stosowany w przemyśle nuklearnym.Zdolność neutronu do absorpcji neutronów można dodatkowo poprawić poprzez dodanie pierwiastków B;materiały węglika boru o określonej morfologii i strukturze mają również specjalne właściwości fotoelektryczne;ponadto węglik boru ma wysoką temperaturę topnienia, wysoki moduł sprężystości, niski współczynnik rozszerzalności i dobre. Te zalety sprawiają, że jest to potencjalny materiał do zastosowania w wielu dziedzinach, takich jak metalurgia, przemysł chemiczny, maszynowy, lotniczy i wojskowy.Na przykład części odporne na korozję i zużycie, elementy kuloodporne, pręty sterujące reaktora i elementy termoelektryczne itp.
Pod względem właściwości chemicznych węglik boru w temperaturze pokojowej nie reaguje z kwasami, zasadami i większością związków nieorganicznych, a w temperaturze pokojowej prawie nie reaguje z tlenem i gazami halogenowymi, a jego właściwości chemiczne są stabilne.Ponadto proszek węglika boru jest aktywowany przez halogen jako środek borujący stal, a bor infiltruje na powierzchni stali, tworząc warstwę borku żelaza, zwiększając w ten sposób wytrzymałość i odporność materiału na zużycie, a jego właściwości chemiczne są doskonałe.
Wszyscy wiemy, że charakter materiału determinuje zastosowanie, więc w jakich zastosowaniach proszek węglika boru ma wyjątkową wydajność?Inżynierowie centrum badawczo-rozwojowego firmyTechnika UrbanMines.Co., Ltd. sporządziło następujące podsumowanie.
Stosowaniewęglik boru
1. Węglik boru stosowany jest jako materiał ścierny do polerowania
Zastosowanie węglika boru jako materiału ściernego stosuje się głównie do szlifowania i polerowania szafiru.Wśród materiałów supertwardych twardość węglika boru jest lepsza niż tlenku glinu i węglika krzemu, ustępując jedynie diamentowi i sześciennemu azotkowi boru.Szafir jest najbardziej idealnym materiałem na podłoże dla półprzewodnikowych diod elektroluminescencyjnych (LED) GaN/Al 2 O3, wielkoskalowych układów scalonych SOI i SOS oraz nadprzewodzących folii nanostrukturalnych.Gładkość powierzchni jest bardzo wysoka i musi być wyjątkowo gładka. Brak stopnia uszkodzenia.Ze względu na wysoką wytrzymałość i wysoką twardość kryształu szafiru (twardość Mohsa 9) spowodował on ogromne trudności w przedsiębiorstwach przetwórczych.
Z punktu widzenia materiałów i szlifowania najlepszymi materiałami do obróbki i szlifowania kryształów szafiru są diament syntetyczny, węglik boru, węglik krzemu i dwutlenek krzemu.Twardość sztucznego diamentu jest zbyt wysoka (twardość Mohsa 10) podczas szlifowania płytki szafirowej powoduje zarysowanie powierzchni, wpływa na przepuszczalność światła płytki, a cena jest droga;po cięciu węglika krzemu chropowatość RA jest zwykle wysoka, a płaskość słaba;Jednak twardość krzemionki jest niewystarczająca (twardość Mohsa 7), a siła szlifowania jest słaba, co jest czasochłonne i pracochłonne w procesie mielenia.Dlatego materiał ścierny węglik boru (twardość Mohsa 9,3) stał się najbardziej idealnym materiałem do obróbki i szlifowania kryształów szafiru i ma doskonałą wydajność w dwustronnym szlifowaniu płytek szafirowych oraz przerzedzaniu wstecznym i polerowaniu płytek epitaksjalnych LED na bazie szafiru.
Warto wspomnieć, że przy temperaturze węglika boru powyżej 600°C powierzchnia ulegnie utlenieniu do filmu B2O3, który w pewnym stopniu ją zmiękczy, zatem nie nadaje się do szlifowania na sucho w zbyt wysokiej temperaturze w zastosowaniach ściernych, nadaje się jedynie do polerowania w płynie.Jednakże ta właściwość zapobiega dalszemu utlenianiu B4C, dzięki czemu ma on wyjątkowe zalety w stosowaniu materiałów ogniotrwałych.
2. Zastosowanie w materiałach ogniotrwałych
Węglik boru ma właściwości przeciwutleniające i odporność na wysoką temperaturę.Jest powszechnie stosowany jako zaawansowane kształtowane i niekształtowane materiały ogniotrwałe i jest szeroko stosowany w różnych dziedzinach metalurgii, takich jak piece stalowe i meble do pieców.
W związku z potrzebami oszczędzania i zmniejszania zużycia energii w przemyśle żelaznym i stalowym oraz wytapianiu stali niskowęglowej i stali ultraniskowęglowej, badania i rozwój niskowęglowych cegieł magnezytowo-węglowych (zazwyczaj <8% zawartości węgla) z doskonałą wydajnością przyciąga coraz więcej uwagi ze strony przemysłu krajowego i zagranicznego.Obecnie wydajność niskowęglowych cegieł magnezytowo-węglowych jest ogólnie poprawiona poprzez poprawę struktury związanego węgla, optymalizację struktury matrycy cegieł magnezytowo-węglowych i dodanie wysokowydajnych przeciwutleniaczy.Wśród nich stosowany jest węgiel grafitowany składający się z przemysłowego węglika boru i częściowo grafityzowanej sadzy.Czarny proszek kompozytowy, stosowany jako źródło węgla i przeciwutleniacz w niskowęglowych cegłach magnezjowo-węglowych, osiągnął dobre wyniki.
Ponieważ węglik boru w wysokiej temperaturze zmięknie do pewnego stopnia, można go przyczepić do powierzchni cząstek innego materiału.Nawet jeśli produkt jest zagęszczony, warstwa tlenku B2O3 na powierzchni może stanowić pewną ochronę i odgrywać rolę przeciwutleniającą.Jednocześnie, ponieważ kryształy kolumnowe powstałe w wyniku reakcji są rozmieszczone w matrycy i szczelinach materiału ogniotrwałego, porowatość jest zmniejszona, poprawia się wytrzymałość na temperaturę medium i zwiększa się objętość powstałych kryształów, co może uzdrowić objętość skurczu i redukcji pęknięć.
3. Materiały kuloodporne służące wzmocnieniu obronności państwa
Ze względu na wysoką twardość, wysoką wytrzymałość, mały ciężar właściwy i wysoki poziom odporności balistycznej, węglik boru szczególnie wpisuje się w trend lekkich materiałów kuloodpornych.Jest to najlepszy materiał kuloodporny do ochrony samolotów, pojazdów, zbroi i ciał ludzkich;obecnie,Niektóre krajezaproponowali tanie badania przeciwbalistyczne z węglika boru, mające na celu promowanie wykorzystania na dużą skalę przeciwbalistycznego pancerza z węglika boru w przemyśle obronnym.
4. Zastosowanie w przemyśle nuklearnym
Węglik boru ma wysoki przekrój absorpcji neutronów i szerokie widmo energii neutronów i jest uznawany na arenie międzynarodowej za najlepszy pochłaniacz neutronów dla przemysłu nuklearnego.Wśród nich przekrój termiczny izotopu boru-10 wynosi aż 347 × 10-24 cm2, ustępując jedynie kilku pierwiastkom, takim jak gadolin, samar i kadm, i jest skutecznym termicznym absorberem neutronów.Ponadto węglik boru jest bogaty w zasoby, odporny na korozję, ma dobrą stabilność termiczną, nie wytwarza izotopów radioaktywnych i ma niską energię promieniowania wtórnego, dlatego węglik boru jest szeroko stosowany jako materiały kontrolne i materiały osłonowe w reaktorach jądrowych.
Na przykład w przemyśle nuklearnym wysokotemperaturowy reaktor chłodzony gazem wykorzystuje system wyłączania z kulą pochłaniającą bor jako drugi system wyłączania.W razie wypadku, gdy pierwszy system wyłączania ulegnie awarii, drugi system wyłączania wykorzystuje dużą liczbę granulek węglika boru. Swobodny spadek do kanału warstwy odblaskowej rdzenia reaktora itp., aby wyłączyć reaktor i uzyskać zimne wyłączenie, przy czym kulą absorbującą jest kulka grafitowa zawierająca węglik boru.Główną funkcją rdzenia z węglika boru w wysokotemperaturowym reaktorze chłodzonym gazem jest kontrolowanie mocy i bezpieczeństwa reaktora.Cegła węglowa jest impregnowana materiałem pochłaniającym neutrony z węglika boru, który może zmniejszyć napromieniowanie neutronowe zbiornika ciśnieniowego reaktora.
Obecnie materiały borkowe do reaktorów jądrowych obejmują głównie następujące materiały: węglik boru (pręty regulacyjne, pręty osłonowe), kwas borowy (moderator, chłodziwo), stal borową (pręty regulacyjne i materiały do magazynowania paliwa jądrowego i odpadów nuklearnych), bor europem (rdzeń palny trujący materiał) itp.